星星在那里
PART ONE 夜幕降临
>> 一台望远镜的性能主要由它在一段时间内所能捕捉的光子的数量决定。因此，望远镜的镜面直径越大，单位时间内能捕捉的光就越多。
>> 莫纳克亚山是当代天文学观测最重要的基地之一，在这里观测到的天文物理学发现数量众多、世界领先
◆ 云端之外
>> 我主要集中精力研究矮星系——它们的体积和质量都不大——因为在我看来，矮星系是宇宙最基本的组成部分，就像质子和中子是原子核最基本的组成部分，原子又是物质最基本的组成部分一样。
>> 矮星系拥有许多年轻、炽热、质量较大的恒星，这些恒星们发着蓝光，熙熙攘攘地挤在矮星系这个恒星形成区里，所以就有了蓝致密矮星系这样的称呼。
◆ 晴好一夜
>> 通常来说，海拔高度越高，气温就越低；但在靠近莫纳克亚火山峰顶的某些地方，气温可能会异常升高，就形成了大约600米厚的云层。浮在云海之上让我感觉奇妙又疯狂，就像真的在太空中遨游一样。这层云海把我今夜要观测的天空跟低纬度的大气分隔开来，阻绝了所有来自下方的湿润气流和大气污染物。
◆ 光将我们与宇宙相连
>> 就连飞去离太阳最近的恒星比邻星（距离我们4.3光年），我们现有的火箭也要花上大约4万年的时间，
>> 量子力学揭示了如下事实：宇宙中天体发出的光蕴含着宇宙的密码，天文学家只需要捕捉这些光，把它们分解成光谱的形式呈现出来——这恰恰就是我今晚马上要做的事情——就能掌握宇宙的密钥。
>> 我们无法感知到光的存在，除非它与某个物体发生相互作用。这是多么矛盾啊：照亮我们四周，让我们看清世界的光，本身竟然是不可见的！
>> 不过，这永不停息的变化其实已经蕴含在光里了。当光源相对于观测者在视线方向上发生移动时，光的颜色也会随之改变。如果光源远离我们运动，谱线就会向红色，也就是能量减弱的那一端偏移；反之，如果光源靠近我们运动，谱线就会向蓝色靠近，而蓝色就代表着能量增强的那一端。测一测谱线向红色或者蓝色偏移（红移或蓝移）的距离，天文学家就能重现宇宙中的各种运动，众星翩跹起舞的画面也就跃然眼前了
>> 我们这一秒看到的月亮是她上一秒的容颜，看到的太阳是他8分钟以前的模样；比邻星（离太阳最近的恒星）的相片，实际上是4.3年以前的旧照；而仙女座星系（离银河系最近的大星系）要花费230万年的时间才能把此刻的一瞬传递给地球上的我们。
◆ 看不见的光
>> 走在最前面的排头兵是伽马射线和X射线，它们能量巨大，能轻而易举地穿透我们的身体；随后走来的是紫外线，它蕴含的能量也不小，会灼伤我们的皮肤，引发一系列癌症；接下来是宝贵的可见光方阵；之后是红外线，狗能在夜晚看到我们的身影，就是因为狗的眼睛比人类的更敏感，可以看到人体源源不断发射的红外线；再往后是微波，加热食物用的微波炉就是靠它工作；走在队尾的是能量最低的射电波，有了它，发射基站就能把各种广播和电视节目输送到我们的手机或平板电脑上。
◆ 颜色的变幻
>> 当日薄西山，太阳在天空中的位置较低时，阳光在大气层中穿梭的时间势必会更久。阳光碰到气体分子或者微粒后，大部分的蓝光会被散射到别处，这就使得日轮的亮度降低，呈现出的颜色也有所改变。从白光里剔除蓝光，剩余光线的颜色会向黄色和橙色偏转，我们也就有机会欣赏日落时分那染着金黄、缀着橙红的画卷了。
◆ 蓝光
>> 虽然太阳已经落到地平线之下，但由于光的散射作用，空气仍然能被照亮一段时间。在我们所处的纬度，太阳落到地平线以下6度时，人们就不能继续依靠自然光阅读了；到地平线以下12度时，我们周围物体的界线就开始模糊起来；到地平线以下18度时，我们就陷入了完全的黑暗。
◆ 月亮：夜晚之星，地球之女
>> 在塑造现实的过程中，意外起着至关重要的作用。一场意外使得地球遭受了重创；也是由于意外，地球成了所有类地行星（有固体表面的行星，比如水星、金星和火星）里唯一遭受过小行星如此剧烈撞击的星球，也就成为了所有类地行星里唯一一个拥有一颗大型卫星的星球。
◆ 理想的卫星
>> 一桩偶然事件成就了人类的存在：地球的卫星——月球——通过地月之间的引力作用，使得地球的自转轴保持稳定，避免了地球上极端气候的出现，生命因此得以诞生和演化。如果没有月球，地球的自转就会处于完全混沌的状态。
>> 科学家认为，自诞生之初到现在，火星的自转轴倾角可能经历了10度左右的波动，因此，火星可能经历了一段极端气候时期。在几十亿年前，由于自转太偏向太阳，炎炎酷暑使得火星表面奔涌的江河湖海蒸发殆尽，只留下沉积的盆地和干涸的河床诉说着往昔的壮美辉煌。
◆ 地月间的精妙互动
>> 月球自转一圈和公转一圈所花费的时间完全一致（29.5天）。这种同步运动就使得地球上的我们看到的永远是月球的同一面。
◆ 潮汐
>> 潮汐来临之际即是月亮现身之时。因此，在新月和满月时，太阳、月亮和地球连成一条直线，日月的引力相互叠加，地球上便涌起高潮；在上下弦月之时，三个星球形成一个直角，太阳的引力把月亮的引力抵消掉一半，汪洋上的波涛自然就不那么高耸了。
◆ 鹦鹉螺的证言
>> 远古时代的鹦鹉螺告诉我们，在过去，月亮完成绕地一周的旅途，需要花费的时间要少得多：现在需要29.5天，4500万年前需要29.1天，而28亿年前只需要17天！也就是说，不仅我们的日子越过越长，我们的一个月也越来越久……
◆ 白日黑夜
>> 今天，太阳和月亮的角直径基本相同，大概只相差半度左右，这一纯属巧合的偶然事件使得月球能够完全遮盖日轮，献上日全食的奇妙景观。太阳的直径大约是月球的400倍，但地日距离也大概是地月距离的400倍，这就使得两颗星球的角直径基本等同了。
◆ 金星
>> 在黄昏或黎明时，金星是夜空中最亮的星之一，亮度仅次于太阳和月亮。这是因为金星离地球很近，大气层可以很好地反射太阳光。
>> 水星、地球、火星，还有我们的爱神之星都属于体积较小的“类地行星”，因为它们都拥有岩石组成的固体表面，而其他四个体积巨大的气态行星——木星、土星、天王星和海王星——都没有固体表面。
>> 法文的“行星”（planète）一词来自希腊语，意思是“流浪的星星”。之所以叫这个名字，是因为相对于恒星而言，行星的位置总是不停地变动。
>> 第一眼看上去，金星就像地球的孪生姐妹，体积和质量都差不多。但是两者的相似性也就仅此而已了。金星的大气层比地球的要厚重得多，其中96.5%都是二氧化碳。这使得金星表面有着严重的温室效应，太阳光带来的热量无法散逸出去，金星表面就持续升温，达到地狱般的460摄氏度高温，是沸水温度的将近五倍。金星实际上是一个名副其实的大火炉，生命是无法存在于此的。
◆ 木星：行星之王
>> 木星是太阳系行星中体积最大、质量最高的，远远地把其他行星甩在身后：木星的质量是地球的318倍（但只是太阳质量的千分之一），比太阳系其他行星加起来还要重2.5倍。木星的直径是地球的11倍，巨大的体积可以囊括大约1330个地球。木星巨大的表面积可以很好地反射太阳光，它也因此跻身最亮天体排行榜的第四名，排在太阳、月亮和金星之后。
>> 太阳系当中最狂烈的风暴就在木星表面肆虐，它的名字是“大红斑”。大红斑呈椭圆形，
>> 木星98%都是氢气和氦气，没有坚实的陆地作为表面。
◆ 漫漫寒冬夜与恐龙的灭绝
>> 小型的小行星撞击地球，影响是局部性的；大型的小行星则会造成全球性的毁灭，大多数物种都会面临灭顶之灾。就是这样的一颗巨型小行星导致了恐龙的灭绝。
>> 除了导致恐龙灭绝的那次大冲撞，地球上还先后有过另外六次生命的大批死亡：2.5亿年间，大约每4000万年就会出现一次大灭绝，幕后元凶很可能仍然是小行星撞地球。巨型小行星撞击地球的频率似乎证实了这一假说，因为平均5000万年就会有一颗直径12千米左右的小行星与地球相撞。
◆ 黄道十二宫
>> 这十二星座组成了黄道带（zodiaque），名称来源于希腊语zodiakos，意思是“一圈动物”。
◆ 银河
>> 星系是指通过引力作用彼此连接的几万亿颗恒星，它们共同围绕着中心点旋转
>> 太阳自诞生以来，已经带领着八大行星在银河系里转了20圈，这也就意味着，太阳绕银河系中心公转一周，需要花费2.2亿年的时间。
◆ 视锥细胞和视杆细胞
>> 视锥细胞只有在光线充足时才能高效地工作。如果光线不足，被激活的就成了视杆细胞，十分微弱的光线它们也能自如感知
>> 由于视杆细胞对颜色不敏感，物体如果没有被充分照亮，在我们看来就是没有颜色的。处在黑暗之中，我们就只能看见黑色
>> 实验表明，如果我们在黑暗的环境中待上半个小时，比正常照明条件下亮度低10,000倍的物体照样可以看清。
>> 由于视网膜的周围区域里视杆细胞数目庞大，当我需要观察亮度很低的物体时，我就学会了斜眼相看：不要直视物体，而是用眼睛的一角去看，让光线尽可能多地落在视杆细胞上，因为它们对弱光更为敏感。
◆ 照亮夜空
>> 公元前1400年左右，埃及人在青铜或者陶土灯中盛上橄榄油，点亮它们，向太阳之神（名字叫拉）致敬。
◆ 人造光
>> 全人类有三分之一永远不能欣赏银河的光辉。城市里的小朋友已经不再习惯抬头仰望星空了。
>> 洛杉矶市郊的威尔逊山是现代宇宙科学的发源地，正是在那里，美国天文学家埃德温·哈勃（Edwin Hubble，1889—1953）于1923年探索出了星系的属性，又于1929年发现了宇宙的膨胀，为之后大爆炸理论的提出奠定了基础。
◆ 黑暗天空保护区
>> 世界上第一片黑暗天空保护区于2007年在魁北克成立。
◆ 夜行性动植物
>> 至少30%的脊椎动物和60%的无脊椎动物是夜行动物；剩下的大多数也在黄昏时段活动。
◆ 夜之寂静
>> 法国历史学家阿兰·科尔班（Alain Corbin）写道：“在某些特定的地点，寂静微妙地笼罩着，无处不在。听觉在这时可以大显身手。静默就像一阵匿名的微响，轻柔，绵延。”静默也有自己的声音，正如美国作家亨利·戴维·梭罗（Henry David oreauu）所言：“这种声音与寂静几无二致：泡沫悄悄在寂静的表面破碎的声音。”
>> 康德曾说：“夜晚是崇高的，白天是美好的。”夜晚之所以崇高，是因为它让我们的感觉更加敏锐，得以与宇宙相连相通。
◆ 我们都是恒星的孩子
>> 现代天文物理学指出了人与宇宙紧密的联系：恒星的尘埃塑造了我们，也塑造了所有生命，更塑造了我们周围的整个物质世界。
>> 我们每个人都有着同样的宇宙家谱图，可以回溯到138亿年前的那次大爆炸。草原上奔跑的雄狮是我们的兄弟，原野上盛开的薰衣草是我们的表亲，我们身上都印刻着宇宙的历史。
◆ 傅科摆
>> 天文物理学告诉我们，世间万物都是相互依赖的。整个宇宙被联系起来，迫使我们超越既有的对空间的认识。宇宙里存在着总体的秩序，它虽然看不见摸不着，却能处处适用，无论尺度多么巨大或微小。傅科摆这一著名的物理实验也告诉我们同样的道理。
◆ 我们的幸福取决于他人的幸福
>> 大名鼎鼎的EPR实验（名字来源于三位科学家的姓氏首字母）在将近五十年后向人们证明，如果光子A和光子B在过去曾发生过相互作用（称之为“光子纠缠”），这两个光子就永远属于同一个整体，即便它们偶然间被拆散，分列宇宙遥远的两端，它们的行为仍然会呈现出极高的关联性。
◆ 世事无常
>> 我以每秒0.436千米的速度随着地球自转，也以每秒30千米的速度在宇宙中翩跹，那是地球绕太阳公转的节奏。太阳带着地球在银河系里公转，速度每秒220千米，我也跟上了这个步伐。银河系与它的舞伴仙女星系在引力的作用下共舞，速度每秒90千米。舞蹈还在继续。
◆ 粒子与中微子
>> 物质和反物质相遇后会湮灭，转化成纯粹的能量；反过来，能量也可以转化成物质。
◆ 宇宙的命运
>> 我们对所有天体的探索都带着一定的延迟，天体离我们越远，延迟的时间就越久。超过了某一距离之后，光需要花费比整个宇宙生命还要长的时间才能来到我们身边，我们自然什么也看不见了，夜空就成了黑色。宇宙在时间轴上是有限的，离我们最遥远的天体发出的光还没来得及拥抱我们。爱伦·坡找到了解开黑夜之谜的钥匙。
◆ 薄饼与纤维
>> 人生在世，必然有离合悲欢，起伏变迁。这些变化可能对个人的一生产生重大的影响，有时甚至到了夸张的程度；但在宇宙这张恢恢巨网面前，一切似乎都不值一提了。星空微妙而复杂的结构也是在邀请我们登高望远，实现超越。
◆ 火与冰
>> 恒星的质量不同，死亡后留下的遗骸也不同，共有三种存在形式：白矮星，对应质量小于1.4倍太阳质量的恒星；中子星，对应质量在1.4倍到5倍太阳质量的恒星；黑洞，对应质量大于5倍太阳质量的恒星。
>> 时间再拉长一些，在虚无缥缈的100万亿年后，宇宙比现在老了10,000倍，所有的恒星都会熄灭，因为再也没有核燃料可用了。星系不再闪耀：氢气储备已经耗尽，不会有新的恒星诞生了。星系奇妙无比的炼金魔法将永久消失，不会再创造出新的物质。整个宇宙都会被无边黑夜笼罩。不过，这片冰冷的黑夜是会一直走到时间的尽头，还是会被世界末日般的炽热光亮——也就是地狱之火——所取代？宇宙的命运蕴含了这个问题的答案。
>> 相反地，如果宇宙的曲率为负，如同马鞍状，膨胀的步伐就永远不会停止：整个太空会越来越稀薄，温度越降越低，无限延续下去。所有的恒星和星系都将熄灭，无一幸免，冰冷的黑夜会迎接它们的死亡。正曲率宇宙奔腾的末日之火会被负曲率宇宙无情的刺骨冰寒取代。
◆ 宇宙财产清单
>> 相对论让人类认识到以下事实：物质和能量使空间发生扭曲。存在物质和能量的临界密度，其值约为每立方米5个氢原子（即10-23克/立方米），由此可以划分出不同类型的宇宙。密度大于临界值的宇宙曲率为正；小于临界值的曲率为负；恰好等于临界值，宇宙曲率为零。
>> 在星系的亮物质以外，还存在着大量性质未知的“暗物质”，它们构成了额外的引力来源，施加力量让星系稳定在星团中不至于逃脱。
◆ 暗物质
>> 暗物质不会发出可见光，只能通过引力作用确认其存在。
>> 研究人员认为，奇异暗物质是由一些质量很大的粒子构成的，这些粒子诞生于宇宙形成的最初几秒，基本不与普通物质发生相互作用。它们有个笼统的名字，叫作WIMP（英文Weakly Interacting Massive Particles的缩写），法文可以字对字地翻译成“胆小鬼”（mauviette）。
◆ 暗能量
>> 观测结果显示，宇宙在诞生之初的头70亿年里确实是减速膨胀的，但自第80亿年起，势头翻转，膨胀开始加速。为了实现加速膨胀的效果，暗能量应当贡献了宇宙中约68%的物质和能量：这恰好就是先前的财产清单里空缺的部分。有了暗能量，宇宙就恰好具有了临界密度，成为平面。
◆ 光明与黑暗
>> 发光的恒星和星系蕴含的物质只占宇宙总物质和能量的0.5%。不发光的物质里，我们熟悉的普通物质又只占宇宙总量的4.5%。剩下的95%，人们对其性质一无所知。
◆ 火星人
>> 这个世上唯有两样东西能让心灵感受到日久弥新的仰慕与崇敬：头顶的灿烂星空和心中的道德法则。
◆ 成功的组合
>> 基本物理常量和宇宙的初始状态结合起来，共同孵化出了生命和意识。生命的诞生困难无比，成功概率微乎其微。必须达到极其微妙而又脆弱的平衡，汇聚各种非凡的条件，通力协作，才有可能成功。稍有一点变动，人类就不会存在了。
◆ 人类在宇宙中是孑然一身吗？
>> 由于每个巧合发生的概率都微乎其微，生命的奇迹在整个宇宙发展历程中只能出现一次，那就是汇聚了所有的偶然性后出现在我们蓝色星球上的这次。
>> 在我看来，纯粹的偶然并不能孕育生命，在物理学和生物学规律框架下出现的巧合才使生命成为可能。一连串的偶然事件造就了生命，但这些事件并不是不受任何规律约束的。偶然也有其限制，才让宇宙孕育了生命与智慧。我认为，人类极有可能不是茫茫宇宙中唯一能欣赏夜空之美的生命。
◆ 偶然还是必然？
>> 数学家库尔特·哥德尔（Kurt Gödel，1906—1978）提出的不完备性定理告诉我们，一个逻辑严密自洽的算术系统中，一定存在一些“无法判断”命题，它们既不能被证实，也不能被证伪。这也就意味着，至少在数学领域，知识是存在边界的。
◆ 人类理解宇宙的效率之高不合常理
>> 爱因斯坦曾说：“宇宙中最不可理解的事情就是，宇宙是可以被理解的。”
◆ 当太阳升起
>> 黎明指的是太阳从地平线以下18度运动到地平线以上的这一段时间，其长短与观测者所处的纬度有关。莫纳克亚山地处北纬19.8度，黎明持续约25分钟。黎明在赤道只有短短几分钟，而在极地地区可以长达数小时。极地地区极昼（夏天24小时白昼）或极夜（冬天24小时黑夜）时，黎明消失，不会出现。
